This study was supported by a grant from Bruker Molecular Imaging (to WML) and from the NIH (Grant HL019982 to FJC).

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ここでは、脳卒中誘発、PETイメージング、およびSprague-Dawleyラットにおける組織損傷の標準化された脳の部分領域の測定のための詳細な戦略を提示する。有効である脳卒中の治療は非常に短い治療時間に依存するように、特に脳卒中の領域における小動物モデルの画像化は、有益である。ここでは、ストローク中大脳動脈閉塞を介して誘導された、請求傷害、再灌流モデルを提示し、画像化は、解剖学的参照のためにX線CTと一緒に、PETとFDGを用いて行った。脳の小領域内のFDG摂取の厳格測定はPMOD画像解析ソフトウェア内ラット脳にVOIテンプレートアトラスを正確にマッピングすることにより可能となった。レシオメトリックFDGの値は、異なる動物および時刻pとの間のグローバルFDG PET信号の変動を正規化しながら、損傷の直接的な測定を可能にする、対向する半球の対応する脳の小領域に分割することにより回収したoints。これらの測定値は、一貫して実証同側半球の特定の領域における脳組織のグルコース取り込みの有意な損失、ラット脳における脳卒中の期待される効果と一致している。この方法は、虚血性脳卒中を含む脳損傷の多くの種類を、受けた動物のFDG PETデータセットを比較する能力を増強する可能性がある。脳の半球にわたって、複数の動物にわたって定量化するためにボリュームを標準化することで、この方法は、減少した組織のグルコース取り込みの一貫した測定値を生成する。脳への取り込みと、他のPETトレーサーは、D2受容体のための11 C-ラクロプライドのように、このプロトコルにも21を使用することができることに注意してください。最後に、三次元の高い解剖学的精度でその骨格内ラット脳における虚血性脳卒中を視覚化する方法を記載する。脳卒中誘発性の生理的および機能障害は、撮影のこの非侵襲的な方法、一時的または恒久的な可能性があるため研究者は、ある期間にわたって同じ動物における脳の損傷を評価することを可能にする。それは、神経学的に同じ動物で短期および長期の神経障害を評価するだけでなく、ラットを獲得する方法を提供します。 PMODソフトのテンプレート関数は、精度の一定量の研究者が怪我エリアをマップし、おそらく神経学的後遺症と行動パターンに相関することができます。 脳の部分領域によって脳卒中損傷の正確な定量化のために、重要なステップは、PMOD内ラット脳アトラスのPETデータの整列である。アライメントの矛盾は、虚血の影響を受けた脳の部分領域の不正確な定量化につながることができます。プロトコルステップ4.1.7で説明したように、実験的なPETデータと脳アトラスを位置合わせするための目印として、ハーダー腺を使用することが可能である。パーシャルボリューム効果（PVE）このタイプの分析の間に懸念され、その脳の構造の全体的な解像度が制限されます画像化することができる。信号のスピルオーバーは、隣接するボリューム間で発生する可能性があり、またはVOI自体は、このように方法22を定量的に精度が低下、機器の解像度との関係で小さすぎる可能性があります。これらの研究で使用Albira PETシステムは、以下の3つの検出器リングを備えた1.5mmの23を達成した一環系の対応から進化1.1ミリメートルの分解能をもたらすれる。 Buvatらは、PVE、3-ための5.6〜18.9ミリメートル3の球状のボリュームに対応するであろう2〜3倍全幅半最大（FWHM）でのシステムの分解能よりも小さい直径、と腫瘍の測定結果に影響を与えることに注意してくださいリングAlbira。 Casteels らは最近、8ミリメートル3以上のボリュームが1.1〜1.3ミリメートル24の範囲の解像度を持つ近代的な前臨床PETスキャナのための最小限の部分体積効果を持つことを述べた。シファーアトラスは慎重に念頭に置いて、これらのパラメータを用いて構築し、5を利用してきた8のVOI、8ミリメートル3閾値を下回るの13秋。これらは、右内側前頭前皮質（6.3ミリメートル3、R / L）の左半球のためのVOI、パーA皮質（7.6 mm 3で、R / L）、上丘（7.1ミリメートル3、R / L）を含む、VTA（5.5ミリメートル3、R / L）、下丘（5.7ミリメートル3、R / L）、下垂体（5.9ミリメートル3）、およびCBの血流（5.1ミリメートル3）。また、前頭皮質の測定（1.4ミリメートル3 R / L）は、その小さなサイズにPVEに最も敏感になります。 解剖学的構造の大きさの対応する増加を有するラットなどの大型動物における研究は、確実にマウスと比較して定量化することができる脳の小領域の数が多いであろう。それにもかかわらず、これらの方法は、18のサブ領域から構成されているPMODで利用可能な独自の脳地図を持ったマウスにおける脳イメージングにも適用可能であるPVEを最小限にするようなサイズ。さらに、本研究において記載されているよりもさらに小さな脳領域を識別するためにPETを使用する代替方法を使用して必要とする場合がある。ここで説明する方法は、ライブラットで、脳の部分領域によってセグメント時間をかけて脳組織の損傷、の厳格かつ効率的な定量化を可能にします。虚血に起因する損傷は、ここでは例として示されているが、脳活動の変化を定量するために提示された方法は、ラットの脳に影響を与える他の条件を適用することができる。 結論として、小動物のFDG-PET-CTデータは、非侵襲的かつ経済的な方法で取得することができ、簡便に定量的に小動物イメージングのために使用することができる。 PMODプログラムのシファーテンプレートツールを利用して、脳の虚血領域が図示及びPETデータを測定することができる。これはdevelopmeを推進していきます脳虚血後の脳の再編成、修復、および神経発生の将来の研究のための強力なツールです。無効脳卒中患者の神経治療のNT。この可視化は、組織損傷が別個の撮像モダリティから整列させることができる脳損傷の他の例を評価する際に特に有用であろう。

脳卒中は、先進国における死亡の主要な原因の一つであり、1〜19のうち、米国人1の死亡の直接の原因である。それは、これらの87％が自然5における虚血性であるそのうちの約795,000人のアメリカ人が、毎年、脳卒中を経験すると推定されている。虚血性イベント中に、皮質ニューロンへの酸素とグルコースの連続供給が著しく影響を受ける脳領域における細胞機能の低下をもたらす低酸素環境を誘導損なわれる。脳卒中の重症度に応じて、脳の血流およびグルコース取り込みは、空間的及び時間的に変化する。 脳卒中による損傷は、18 F-フルオロなどの非侵襲的な方法は、（FDG）ポジトロン放出断層撮影法6によって同定することができる。 FDGは、2 &#39;位にヒドロキシル基が18 F同位体を放出するポジトロンにより置換されているグルコースアナログである。18 FであるのAdvantそれは、脳内のグルコース消費量を検出するために使用することができるように、その長い、110分の半減期に起因ageous。 Fはそのような組織は8非常に代謝的に活性であることを示す、高グルコース消費量の地域で蓄積する傾向がある18としてFDG PETは、脳内の7デオキシグルコース消費量の定量的な高解像度のマップを生成します。 18 F核が急速に計器により検出されるガンマ線を生成する、近くの電子と消滅陽電子を放出する、β崩壊を受ける。 FDG PETスキャンでは、このように、同じ個体における経時的な脳活動の変化を研究するための方法を提供し、スキャンの間に、同一の少なくとも10個の18 Fの半減期を有する個体、または約18時間で繰り返すことができる。 例えば、ラットなどの前臨床動物モデルは、しばしば脳卒中および脳卒中の治療の有効性の効果を評価するために使用される。 FDG PETは、非侵襲的であるので、測定することができる動物の生理機能を中断することなく、時間をかけて脳卒中の影響。脳卒中イベントの位置に応じて、脳の異なる領域が影響を受ける可能性がある。しかし、そのようなラットなどの小動物で、手動で定義し、ラットの脳の特定の領域における活性を定量化することは困難な場合があります。経時的なラットの脳の特定の領域でのグルコース代謝活性を比較するために、定量化されるべき関心のあるボリューム（VOI）は、一貫して描写されなければならない。ラット脳の正確なアトラスは、この問題9を軽減するために開発されており、前臨床FDG-PETデータの定量化に使用するためのデジタル形式に変換されている。ここでは、一貫性のある、整然としたファッションにおける脳卒中の組織損傷を分類する手法を提案する。この方法は、脳卒中の影響を受ける特定の脳小領域を定量化する、動物モデルにおいて脳虚血を開始するための外科的処置の詳細、および脳卒中の程度および位置の三次元視覚化を生成する適切な技術とツールを使用して、組織の損傷。この研究に記載の方法を使用して、研究者は一貫して、ラットにおける脳虚血を開始するPETイメージングを実施し、時間の経過前臨床脳卒中モデルで定義された脳の領域を使用してFDG取り込みの変化を定量することができる。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:71px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Albira PET SPECT CT</td>
			<td style="width:71px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>3D molecular imaging equipment</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">Sprague Dawley Rats</td>
			<td style="width:71px;">Charles River Laboratories</td>
			<td align="right" style="width:119px;">400</td>
			<td>Animal Subjects</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">18-F-D-Glucose</td>
			<td style="width:71px;">Spectron</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>PET compound</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">micro clamp</td>
			<td style="width:71px;">FST</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>artery clamp</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">occluder #4037</td>
			<td style="width:71px;">Doccol Corp.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>surgical stroke induction</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

non-invasive imaging and analysis of cerebral ischemia in living rats using positron emission tomography with 18f-fdg

脳卒中は、年齢のアメリカ人65歳以上の1年上の間で死因の第3位である。脳卒中に苦しむ患者の生活の質は、主に急性脳卒中の臨床治療の現在の不足に起因している患者2の大多数、で正常に戻ることができない。これは、時間をかけて脳組織における脳虚血の生理学的効果を理解することが必要と活発な研究の主要な領域である。この目的に向けて、実験的な進行は陽電子放出断層撮影（PET）イメージング3,10,17と連結など18 F-フルオロデオキシグルコース（FDG）などの非侵襲的な方法を使用して、特に、脳卒中の前臨床モデルとしてラットを用いて行われている。ここでは、ヒトにおける模倣局所性脳虚血、及びFDG-PETを用いて24時間かけてその効果を画像化は、X線コンピュータ断層撮影（CT）に連結されていることを、中大脳動脈閉塞（MCAO）によってラットにおいて脳虚血を誘導するための戦略を提示するAlbira PET-CT装置。 VOIテンプレートアトラスは、続いて脳およびそのサブ領域4の公平な分析を可能にするために、脳ラットデータに融合した。また、FDG-PET-CTの時間経過の3D視覚化するための方法が提供される。要約すると、我々は、開始定量化、およびFDG-PETを用いた三次元に住んでいるのSprague-Dawleyラットで誘発される虚血性脳卒中のイベントを可視化するための詳細なプロトコルを提示する。

脳虚血は、その効果を検出するために実行される後続の核イメージングと、中大脳動脈の閉塞を介して生のSprague-Dawleyラットで開始した。ライブラットは完全に18時間以内に崩壊する18 F-FDGの約500μCiのとは無関係に注射でストローク誘導前の24時間だけでなく、1.5時間および24時間後に虚血、それぞれを画像化した。これらの研究のために使用される3つの検出器リングAlbiraシステムは、500μCiのラットのための合理的な投与量を製造する、9％の感度を有する。 PETおよびX線CTスキャンのための代表的な画像化データは、それぞれ図1、上部及び下部の行の24時間前および24時間の再灌流後の時点でラットについて示されている。各スキャンスライス＆＃に着色FDG-PETデータが提示されている横方向（パネルA及びE）、サジタル（パネルB及びF）、及び冠状（パネルC及びG）8220;虹 &quot;強度スケール、およびグレースケールでCT上にオーバーレイ。 CTは、動物の頭蓋骨内にPETデータの解剖学的コレジストレーションのために使用し、及び脳組織内に放射線濃度の変化は、これらの実験の間に認められなかったことに注意してください。 24時間後に同側半球にグルコース取り込みの劇的な低下が誘発される虚血性脳卒中による広範囲の組織損傷を示唆してありました。オーバーレイデータの3Dレンダリングは、 図1DおよびHに示されている。画面上で回転すると、これらのレンダリングされたデータは、FDG取り込みのストローク誘発性減少の強化された可視化を提供する。 による時空方法における脳卒中による脳グルコース取り込みの変化を定量化するために、VOI脳アトラスは、各スキャンのベースライン、1.5時間、および24時間後（再灌流）ストロークを事前に適用した。これはWと一緒にPMODソフトウェアパッケージを使用して達成されたシファーラット脳テンプレートとATLAS。まず、PMODはReslicingタブの下に移動および回転ツールを使用して、手動の相互位置合わせを介して適切な空間および幾何学的形状にラット脳PETデータセットの各々を形質転換した。スケールツールはまた、必要に応じて、全体の脳の大きさを調整するために利用可能であることに留意されたい。 シファーアトラスの使用は、手動の脳領域内のVOIを描くよりも優れているが、不正確な脳の融合から誘導された実験的な誤差があってもよい。したがって、いくつかのケースでは、動物の数の増加は、統計的有意性を達成するために必要とされてもよい。次に、W.シファーVOIの脳地図を自動的にラット脳（ 図2）の定義されたサブ領域内で、標準摂取単位で、FDGの蓄積を測定するために適用した。脳VOIアトラスはまた、実験データの手動融合を最適化するために標準脳モデルと反復態様で用いてもよい。ストークイベントが各動物に右脳半球に分離されたとして、被害トンOの各領域は、反対側の領域（ 図2）との間のグルコース取り込み活性の比を計算することによって定量した。これらの比の使用は、右と左半球の間の便利な正規化を提供し、異なる走査にわたってPET信号強度値を比較するときに遭遇する可能性の変動を除去する。 1.5時間後に脳卒中では、18 F-FDGの取り込み量は、虚血領域に影響を受けなかった。したがって、定量的な変更は対側と同側半球間のグルコース取り込み（ 図3、青と緑のバー）で観察されなかった。これは、細胞のATP 10,11の損失を補償するために起因するこの時点で周囲虚血領域または増加したグルコース代謝によるグルコースの過剰摂取である可能性があります。しかし、同側半球の特定の領域におけるグルコース取り込みの有意な減少は、24時間の再灌流後（ 図3、赤いバー）に複数の動物（n = 5）を横切って観察された。 OTHERの脳領域は、同側半球のほとんど、あるいは全く損傷を示した。 具体的には、一貫して減少したFDGの取り込み量を示した同側半球の領域があった：扁桃体、尾状被殻、聴覚、嗅内、島葉、副皮質、および大脳皮質の体性感覚地域。脳卒中に起因する皮質病変は、ニューロンの接続と変更された機能的な地図の損失に関連している。精神病理学と認知機能障害〜12ストロークのリードによる扁桃体における構造異常。この領域の外側部における脳血流が閉塞大脳動脈13によって供給されるように尾状核被殻領域はFDGの取込みのために影響を受けたことは驚くべきことではない。齧歯類の脳のこの領域における病理は、障害判別学習、認知処理、および非運動機能14をもたらす。 FDGを取ることができないことも、嗅内皮質ANで観察された虚血性半球の内側側頭葉のD聴覚皮質。 2001年には、デービスらは、ラットでの嗅内皮質の損傷が損なわ感覚統合と持続的な空間学習deificits 15につながることを報告した。聴覚障害は、まれに16でも、ヒトにおける脳卒中で起こることが知られている。しかし、主要な聴覚経路の一つである下丘によるFDGの取り込みは我々のモデルにおける脳卒中による影響を受けなかった。これは、MCAO誘発性脳卒中ラットは、エピネフリン、ノルエピネフリン、および島皮質の梗塞による交感神経活動、貧弱FDG取込み17を示し、我々のモデルにおける領域の1つを増加させることが実証されている。これは心臓系に影響を与える自律神経機能の変化につながる可能性があります。悪いFDGの取り込みも、前頭頭頂皮質の体性感覚野において観察された。この領域の虚血性梗塞は、構造異常および視床の接続の喪失を引き起こすことが報告されている18。限定FDGの取り込みはまた、低酸素性虚血19を受けたラット新生児で報告されているように、障害のある眼優位可塑性につながる可能性が視覚野、観察された。しかし、FDG取り込みは上丘視覚運動指導20に関与している領域を観察されなかった減少した。海馬領域におけるFDGの取り込みはまた、空間記憶とナビゲーションで重要である領域を損なわれた。これは、一貫してそのような優れたと下丘、腹側被蓋領域（VTA）、ならびに脳の嗅球、および深部視床などの脳のサブ領域は、閉塞の影響を受けなかったことが観察された中間頚動脈（ 図3）。 まとめると、これらの結果は、CTとFDG-PETは、長手方向の様式で、ラットにおける脳虚血をモニターすると、実行可能な再現性、非侵襲的な画像化戦略を提供することを実証する。 <pキープtogether.withinページ= &quot;常に&quot;&gt;：FOクラス= &quot;jove_content&quot; <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig1.jpg" /> 図1：ラットのPET-CTデータの前にし、脳虚血後、各列は、それぞれの横方向（A、E）、サジタル（B、F）、（C、G）冠状が表示され、3Dは（D、H）PETをレンダリング-CT（一番上の行）の前にラットの24時間のデータと再灌流後24時間（脳虚血の誘導後または26時間後、下）。白矢印は、脳卒中による損傷にFDGの取り込みを減少させたの場所を示す。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig2.jpg" /> 図2：PMODを使用してW·シファーラット脳アトラスに合わせPETデータのFDG-PETデータ。再灌流（または26時間後に脳虚血、一番上の行）後のラットの24時間は、分析のためVOI脳テンプレートアトラス（下の行）と融合されている。色は脳のテンプレートアトラスの別々のVOIを示している。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig3.jpg" /> 。図3：ラット脳におけるグルコース取り込みの代表的な定量分析部による W.シファーラット脳アトラスの各領域から標準取り込み単位で左半球FDG PET信号に右の比率は、虚血性脳卒中イベント（事前に前に撮影スキャンに報告した。青）、1.5時間（緑）、24時間（赤）再灌流後（または26時間後に再灌流）。エラーバーは、各時点ではn = 5ラット脳卒中イベントの標準誤差を表す。 ** P≤0.01、* P≤0.05（t検定）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig4.jpg" /> 図4：MCAO手術のイラスト赤線は外頸動脈に挿入された閉塞器である。青色の楕円形は、脳の領域を表す。

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Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Brain damage resulting from cerebral ischemia may be non-invasively imaged and studied in rats using pre-clinical positron emission tomography coupled with the injectable radioactive probe, 18F-fluorodeoxyglucose. Further, the use of modern software tools that include volume of interest (VOI) brain templates dramatically increase the quantitative information gleaned from these studies.

と陽電子放射断層撮影法を用いた非侵襲的イメージングとリビングラットにおける脳虚血の分析<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

Stroke is the third leading cause of death among Americans 65 years of age or older1. The quality of life for patients who suffer from a stroke fails to ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

13.7K ビュー.  University of Notre Dame. Brain damage resulting from cerebral ischemia may be non-invasively imaged and studied in rats using pre-clinical positron emission tomography coupled with the injectable radioactive probe, 18F-fluorodeoxyglucose. Further, the use of modern software tools that include volume of interest (VOI) brain templates dramatically increase the quantitative information gleaned from these studies.

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Basic Surgical Techniques in the G&ouml;ttingen Minipig: Intubation, Bladder Catheterization, Femoral Vessel Catheterization, and Transcardial Perfusion

The emergence of the G&ouml;ttingen minipig in research of topics such as neuroscience, toxicology, diabetes, obesity, and experimental surgery reflects the close resemblance of these animals to human anatomy and physiology 1-6.The size of the G&ouml;ttingen minipig permits the use of surgical equipment and advanced imaging modalities similar to those used in humans 6-8. The aim of this instructional video is to increase the awareness on the value of minipigs in biomedical research, by demonstrating how to perform tracheal intubation, transurethral bladder catheterization, femoral artery and vein catheterization, as well as transcardial perfusion. 
Endotracheal Intubation should be performed whenever a minipig undergoes general anesthesia, because it maintains a patent airway, permits assisted ventilation and protects the airways from aspirates. Transurethral bladder catheterization can provide useful information about about hydration state as well as renal and cardiovascular function during long surgical procedures. Furthermore, urinary catheterization can prevent contamination of delicate medico-technical equipment and painful bladder extension which may harm the animal and unnecessarily influence the experiment due to increased vagal tone and altered physiological parameters. Arterial and venous catheterization is useful for obtaining repeated blood samples and monitoring various physiological parameters. Catheterization of femoral vessels is preferable to catheterization of the neck vessels for ease of access, when performing experiments involving frame-based stereotaxic neurosurgery and brain imaging. When performing vessel catheterization in survival studies, strict aseptic technique must be employed to avoid infections6. Transcardial perfusion is the most effective fixation method, and yields preeminent results when preparing minipig organs for histology and histochemistry2,9. For more information about anesthesia, surgery and experimental techniques in swine in general we refer to Swindle 2007. Supplementary information about premedication and induction of anesthesia, assisted ventilation, analgesia, pre- and postoperative care of G&ouml;ttingen minipigs are available via the internet at <a href="http://www.minipigs.com">http://www.minipigs.com</a>10. For extensive information about porcine anatomy we refer to Nickel et al. Vol. 1-511.

Basic Surgical Techniques in the G&amp;#246;ttingen Minipig: Intubation, Bladder Catheterization, Femoral Vessel Catheterization, and Transcardial Perfusion

The use of domestic and miniature pigs in science has increased significantly in recent years. By demonstrating how to perform intubation, transurethral bladder catheterization, femoral artery and vein catheterization, as well as transcardial perfusion, we aim to further increase the value of G&ouml;ttingen minipigs in biomedical research.

ゲッティンゲンミニ豚の基本的な手術テクニック：挿管、膀胱へのカテーテル挿入、大腿血管カテーテル法、およびTranscardial灌流

The emergence of the G&ouml;ttingen minipig in research of topics such as neuroscience, toxicology, diabetes, obesity, and experimental surgery reflects ...

医学

Quantification of Atherosclerotic Plaque Activity and Vascular Inflammation using [18-F] Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography/Computed Tomography (FDG-PET/CT)

Conventional non-invasive imaging modalities of atherosclerosis such as coronary artery calcium (CAC)1 and carotid intimal medial thickness (C-IMT)2 provide information about the burden of disease. However, despite multiple validation studies of CAC3-5, and C-IMT2,6, these modalities do not accurately assess plaque characteristics7,8, and the composition and inflammatory state of the plaque determine its stability and, therefore, the risk of clinical events9-13.
[18F]-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose (FDG) imaging using positron-emission tomography (PET)/computed tomography (CT) has been extensively studied in oncologic metabolism14,15. Studies using animal models and immunohistochemistry in humans show that FDG-PET/CT is exquisitely sensitive for detecting macrophage activity16, an important source of cellular inflammation in vessel walls. More recently, we17,18 and others have shown that FDG-PET/CT enables highly precise, novel measurements of inflammatory activity of activity of atherosclerotic plaques in large and medium-sized arteries9,16,19,20. FDG-PET/CT studies have many advantages over other imaging modalities: 1) high contrast resolution; 2) quantification of plaque volume and metabolic activity allowing for multi-modal atherosclerotic plaque quantification; 3) dynamic, real-time, in vivo imaging; 4) minimal operator dependence. Finally, vascular inflammation detected by FDG-PET/CT has been shown to predict cardiovascular (CV) events independent of traditional risk factors21,22 and is also highly associated with overall burden of atherosclerosis23. Plaque activity by FDG-PET/CT is modulated by known beneficial CV interventions such as short term (12 week) statin therapy24 as well as longer term therapeutic lifestyle changes (16 months)25.
The current methodology for quantification of FDG uptake in atherosclerotic plaque involves measurement of the standardized uptake value (SUV) of an artery of interest and of the venous blood pool in order to calculate a target to background ratio (TBR), which is calculated by dividing the arterial SUV by the venous blood pool SUV. This method has shown to represent a stable, reproducible phenotype over time, has a high sensitivity for detection of vascular inflammation, and also has high inter-and intra-reader reliability26. Here we present our methodology for patient preparation, image acquisition, and quantification of atherosclerotic plaque activity and vascular inflammation using SUV, TBR, and a global parameter called the metabolic volumetric product (MVP). These approaches may be applied to assess vascular inflammation in various study samples of interest in a consistent fashion as we have shown in several prior publications.9,20,27,28

Quantification of Atherosclerotic Plaque Activity and Vascular Inflammation using [18-F] Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography/Computed Tomography FDG-PET/CT

There is great need to identify atherosclerosis non-invasively, and here we demonstrate how FDG-PET/CT can be used to detect and quantify atherosclerotic plaque activity and vascular inflammation.

アテローム性動脈硬化プラーク活動と血管の炎症の定量化を用いて[18 F]フルオロ陽電子放射断層撮影/コンピュータ断層撮影（FDG-PET/CT）

Conventional non-invasive imaging modalities of atherosclerosis such as coronary artery calcium (CAC)1 and carotid intimal medial thickness (C-IMT)2 ...

Non-invasive Imaging of Acute Allograft Rejection after Rat Renal Transplantation Using 18F-FDG PET

The number of patients with end-stage renal disease, and the number of kidney allograft recipients continuously increases. Episodes of acute cellular allograft rejection (AR) are a negative prognostic factor for long-term allograft survival, and its timely diagnosis is crucial for allograft function 1. At present, AR can only be definitely diagnosed by core-needle biopsy, which, as an invasive method, bares significant risk of graft injury or even loss. Moreover, biopsies are not feasible in patients taking anticoagulant drugs and the limited sampling site of this technique may result in false negative results if the AR is focal or patchy. As a consequence, this gave rise to an ongoing search for new AR detection methods, which often has to be done in animals including the use of various transplantation models.
Since the early 60s rat renal transplantation is a well-established experimental method for the examination and analysis of AR 2. We herein present in addition small animal positron emission tomography (PET) using 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) to assess AR in an allogeneic uninephrectomized rat renal transplantation model and propose graft FDG-PET imaging as a new option for a non-invasive, specific and early diagnosis of AR also for the human situation 3. Further, this method can be applied for follow-up to improve monitoring of transplant rejection 4.

Non-invasive Imaging of Acute Allograft Rejection after Rat Renal Transplantation Using 18F-FDG PET

We herein present a rat renal transplantation model to non-invasively assess acute allograft rejection using positron emission tomography with 18F-fluorodeoxyglucose.

使用したラット腎移植後の急性拒絶反応の非侵襲的イメージング<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG PET

The number of patients with end-stage renal  disease, and the number of kidney allograft recipients continuously increases.  Episodes of acute cellular ...

Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can accurately screen for brain injury, monitor injury evolution, or assess response to therapy. The energy used by neurons is derived largely from tissue oxidative metabolism, and neural hyperactivity and cell death are reflected by corresponding changes in cerebral oxygen metabolism (CMRO2). Thus, measures of CMRO2 are reflective of neuronal viability and provide critical diagnostic information, making CMRO2 an ideal target for bedside measurement of brain health.
Brain-imaging techniques such as positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT) yield measures of cerebral glucose and oxygen metabolism, but these techniques require the administration of radionucleotides, so they are used in only the most acute cases.
Continuous-wave near-infrared spectroscopy (CWNIRS) provides non-invasive and non-ionizing radiation measures of hemoglobin oxygen saturation (SO2) as a surrogate for cerebral oxygen consumption. However, SO2 is less than ideal as a surrogate for cerebral oxygen metabolism as it is influenced by both oxygen delivery and consumption. Furthermore, measurements of SO2 are not sensitive enough to detect brain injury hours after the insult 1,2, because oxygen consumption and delivery reach equilibrium after acute transients 3. We investigated the possibility of using more sophisticated NIRS optical methods to quantify cerebral oxygen metabolism at the bedside in healthy and brain-injured newborns. More specifically, we combined the frequency-domain NIRS (FDNIRS) measure of SO2 with the diffuse correlation spectroscopy (DCS) measure of blood flow index (CBFi) to yield an index of CMRO2 (CMRO2i) 4,5.
With the combined FDNIRS/DCS system we are able to quantify cerebral metabolism and hemodynamics. This represents an improvement over CWNIRS for detecting brain health, brain development, and response to therapy in neonates. Moreover, this method adheres to all neonatal intensive care unit (NICU) policies on infection control and institutional policies on laser safety. Future work will seek to integrate the two instruments to reduce acquisition time at the bedside and to implement real-time feedback on data quality to reduce the rate of data rejection.

We combined frequency-domain near-infrared spectroscopy measures of cerebral hemoglobin oxygenation with diffuse correlation spectroscopy measures of cerebral blood flow index to estimate an index of oxygen metabolism. We tested the utility of this measure as a bedside screening tool to evaluate the health and development of the newborn brain.

乳幼児の脳代謝と血行動態の非侵襲的光計測

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality  and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can  accurately ...

Human Brown Adipose Tissue Depots Automatically Segmented by Positron Emission Tomography/Computed Tomography and Registered Magnetic Resonance Images

Reliably differentiating brown adipose tissue (BAT) from other tissues using a non-invasive imaging method is an important step toward studying BAT in humans. Detecting BAT is typically confirmed by the uptake of the injected radioactive tracer 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) into adipose tissue depots, as measured by positron emission tomography/computed tomography (PET-CT) scans after exposing the subject to cold stimulus. Fat-water separated magnetic resonance imaging (MRI) has the ability to distinguish BAT without the use of a radioactive tracer. To date, MRI of BAT in adult humans has not been co-registered with cold-activated PET-CT. Therefore, this protocol uses 18F-FDG PET-CT scans to automatically generate a BAT mask, which is then applied to co-registered MRI scans of the same subject. This approach enables measurement of quantitative MRI properties of BAT without manual segmentation. BAT masks are created from two PET-CT scans: after exposure for 2 hr to either thermoneutral (TN) (24 &#176;C) or cold-activated (CA) (17 &#176;C) conditions. The TN and CA PET-CT scans are registered, and the PET standardized uptake and CT Hounsfield values are used to create a mask containing only BAT. CA and TN MRI scans are also acquired on the same subject and registered to the PET-CT scans in order to establish quantitative MRI properties within the automatically defined BAT mask. An advantage of this approach is that the segmentation is completely automated and is based on widely accepted methods for identification of activated BAT (PET-CT). The quantitative MRI properties of BAT established using this protocol can serve as the basis for an MRI-only BAT examination that avoids the radiation associated with PET-CT.

The method presented here uses 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) positron emission tomography/computed tomography (PET-CT) and fat-water separated magnetic resonance imaging (MRI), each scanned following 2 hr exposure to thermoneutral (24 &#176;C) and cold conditions (17 &#176;C) in order to map brown adipose tissue (BAT) in adult human subjects.

人間の褐色脂肪組織デポは自動的に陽電子放射断層撮影/コンピュータ断層撮影法で区分されると磁気共鳴画像登録

Reliably differentiating brown adipose tissue (BAT) from other tissues using a non-invasive imaging method is an important step toward studying BAT in ...

Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics disturbance in affected cells. Diffusion weighted magnetic resonance imaging (MRI) identifies regions that are damaged, potentially irreversibly, by hypoxia-ischemia. Alterations in glucose utilization in the affected tissue may be detectable by positron emission tomography (PET) imaging of 2-deoxy-2-(18F)fluoro-&#7429;-glucose ([18F]FDG) uptake. Due to the rapid and variable nature of injury in this animal model, acquisition of both modes of data must be performed simultaneously in order to meaningfully correlate PET and MRI data. In addition, inter-animal variability in the hypoxic-ischemic injury due to vascular differences limits the ability to analyze multi-modal data and observe changes to a group-wise approach if data is not acquired simultaneously in individual subjects. The method presented here allows one to acquire both diffusion-weighted MRI and [18F]FDG uptake data in the same animal before, during, and after the hypoxic challenge in order to interrogate immediate physiological changes.

The method presented here uses simultaneous positron emission tomography and magnetic resonance imaging. In the cerebral hypoxia-ischemia model, dynamic changes in diffusion and glucose metabolism occur during and after injury. The evolving and irreproducible damage in this model necessitates simultaneous acquisition if meaningful multi-modal imaging data are to be acquired.

マウス脳低酸素性虚血の間に同時PET / MRIイメージング

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics ...

Performing Permanent Distal Middle Cerebral with Common Carotid Artery Occlusion in Aged Rats to Study Cortical Ischemia with Sustained Disability

Stroke typically occurs in elderly people with a range of comorbidities including carotid (or other arterial) atherosclerosis, high blood pressure, obesity and diabetes. Accordingly, when evaluating therapies for stroke in animals, it is important to select a model with excellent face validity. Ischemic stroke accounts for 80% of all strokes, and the majority of these occur in the territory of the middle cerebral artery (MCA), often inducing infarcts that affect the sensorimotor cortex, causing persistent plegia or paresis on the contralateral side of the body. We demonstrate in this video a method for producing ischemic stroke in elderly rats, which causes sustained sensorimotor disability and substantial cortical infarcts. Specifically, we induce permanent distal middle cerebral artery occlusion (MCAO) in elderly female rats by using diathermy forceps to occlude a short segment of this artery. The carotid artery on the ipsilateral side to the lesion was then permanently occluded and the contralateral carotid artery was transiently occluded for 60 min. We measure the infarct size using structural T2-weighted magnetic resonance imaging (MRI) at 24 hr and 8 weeks after stroke. In this study, the mean infarct volume was 4.5% &#177; 2.0% (standard deviation) of the ipsilateral hemisphere at 24 hr (corrected for brain swelling using Gerriet&#8217;s equation, n = 5). This model is feasible and clinically relevant as it permits the induction of sustained sensorimotor deficits, which is important for the elucidation of pathophysiological mechanisms and novel treatments.

Here we present a protocol to produce permanent distal middle cerebral artery occlusion in elderly female rats with simultaneous occlusion of the carotid arteries to generate large cortical infarcts and sustained deficits. We show confirmation of the lesion size using structural MRI at 24 hr and 8 weeks after stroke.

持続的な障害と皮質虚血を研究するために高齢ラットにおける一般的な頸動脈閉塞と永久遠位中大脳の実行

Stroke typically occurs in elderly people with a range of comorbidities including carotid (or other arterial) atherosclerosis, high blood pressure, ...

Modeling Encephalopathy of Prematurity Using Prenatal Hypoxia-ischemia with Intra-amniotic Lipopolysaccharide in Rats

Encephalopathy of prematurity (EoP) is a term that encompasses the central nervous system (CNS) abnormalities associated with preterm birth. To best advance translational objectives and uncover new therapeutic strategies for brain injury associated with preterm birth, preclinical models of EoP must include similar mechanisms of prenatal global injury observed in humans and involve multiple components of the maternal-placental-fetal system. Ideally, models should produce a similar spectrum of functional deficits in the mature animal and recapitulate multiple aspects of the pathophysiology. To mimic human systemic placental perfusion defects, placental underperfusion and/or chorioamnionitis associated with pathogen-induced inflammation in early preterm birth, we developed a model of prenatal transient systemic hypoxia-ischemia (TSHI) combined with intra-amniotic lipopolysaccharide (LPS). In pregnant Sprague Dawley rats, TSHI via uterine artery occlusion on embryonic day 18 (E18) induces a graded placental underperfusion defect associated with increasing CNS damage in the fetus. When combined with intra-amniotic LPS injections, placental inflammation is increased and CNS damage is compounded with associated white matter, gait and imaging abnormalities. Prenatal TSHI and TSHI+LPS prenatal insults meet several of the criteria of an EoP model including recapitulating the intrauterine insult, causing loss of neurons, oligodendrocytes and axons, loss of subplate, and functional deficits in adult animals that mimic those observed in children born extremely preterm. Moreover, this model allows for the dissection of inflammation induced by divergent injury types.

Encephalopathy of prematurity encompasses the central nervous system abnormalities associated with injury from preterm birth. This report describes a clinically relevant rat model of in utero transient systemic hypoxia-ischemia and intra-amniotic lipopolysaccharide administration (LPS) that mimics chorioamnionitis, and the related impact of infectious stimuli and placental underperfusion on CNS development.

ラットにおける羊膜内リポ多糖で出生前低酸素性虚血を使用した未熟児のモデル化脳症

Encephalopathy of prematurity (EoP) is a term that encompasses the central nervous system (CNS) abnormalities associated with preterm birth. To best ...

Determining Glucose Metabolism Kinetics Using 18F-FDG Micro-PET/CT

This paper describes the use of 18F-FDG and micro-PET/CT imaging to determine in vivo glucose metabolism kinetics in mice (and is transferable to rats). Impaired uptake and metabolism of glucose in multiple organ systems due to insulin resistance is a hallmark of type 2 diabetes. The ability of this technique to extract an image-derived input function from the vena cava using an iterative deconvolution method eliminates the requirement of the collection of arterial blood samples. Fitting of tissue and vena cava time activity curves to a two-tissue, three compartment model permits the estimation of kinetic micro-parameters related to the 18F-FDG uptake from the plasma to the intracellular space, the rate of transport from intracellular space to plasma and the rate of 18F-FDG phosphorylation. This methodology allows for multiple measures of glucose uptake and metabolism kinetics in the context of longitudinal studies and also provides insights into the efficacy of therapeutic interventions.

Determining Glucose Metabolism Kinetics Using 18F-FDG Micro-PET/CT

This study describes a protocol that uses 18F-FDG and positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) imaging, together with kinetic modelling, to quantify the in vivo, real-time uptake of 18F-FDG into tissues.

使用するグルコース代謝動態を決定します<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDGマイクロPET / CT

This paper describes the use of 18F-FDG and micro-PET/CT imaging to determine in vivo glucose metabolism kinetics in mice (and is transferable to rats). ...

Whole Body and Regional Quantification of Active Human Brown Adipose Tissue Using 18F-FDG PET/CT

In endothermic animals, brown adipose tissue (BAT) is activated to produce heat for defending body temperature in response to cold. BAT&#39;s ability to expend energy has made it a potential target for novel therapies to ameliorate obesity and associated metabolic disorders in humans. Though this tissue has been well studied in small animals, BAT&#39;s thermogenic capacity in humans remains largely unknown due to the difficulties of measuring its volume, activity, and distribution. Identifying and quantifying active human BAT is commonly performed using 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) positron emission tomography and computed tomography (PET/CT) scans following cold-exposure or pharmacological activation. Here we describe a detailed image-analysis approach to quantify total-body human BAT from 18F-FDG PET/CT scans using an open-source software. We demonstrate the drawing of user-specified regions of interest to identify metabolically active adipose tissue while avoiding common non-BAT tissues, to measure BAT volume and activity, and to further characterize its anatomical distribution. Although this rigorous approach is time-consuming, we believe it will ultimately provide a foundation to develop future automated BAT quantification algorithms.

Whole Body and Regional Quantification of Active Human Brown Adipose Tissue Using 18F-FDG PET/CT

Using free, open-source software, we have developed an analytical approach to quantify total and regional brown adipose tissue (BAT) volume and metabolic activity of BAT using 18F-FDG PET/CT.

人間の活動の地域の定量化と全身褐色脂肪組織18F-FDG PET/CT を使用

In endothermic animals, brown adipose tissue (BAT) is activated to produce heat for defending body temperature in response to cold. BAT&#39;s ability to ...